JP2011094658A - 直進・回転機構 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で製造コストを削減できる直進、回転機構を提供する。
【解決手段】シャフト３ａ，３ｂを平行に固定して設置した１対のシャフトリニアモータ１ａ、１ｂの可動部２ａ，２ｂに、それぞれ各シャフトの中心軸に平行な回転軸を有する螺合部材であるボールナット２１ａ、２１ｂを固定する。これらのボールナット２１ａ、２１ｂは、１本のボールネジ４の正リード部４１と逆リード部４２にそれぞれ螺合しているのであるが、２箇所のリード部は逆方向にネジが切ってある。このように構成することによって、可動部２ａ、２ｂの動作方向と速度を制御することによって、ボールネジ４の直進運動と回転運動を同時に制御できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、直進運動及び回転運動を行う機構に関するものである。

搬送対象物を直線移動または回転移動させる装置には、直進・回転機構が組み込まれている。
従来の直進・回転機構として、特許文献１に記載の直進・回転機構を図４に示す。
直進機構６０aのモータ６１aの回転軸にボールネジ６２aが直結されている。
このボールネジ６２ａにラック６３ａが取り付けられていて、ボールネジ６２ａの回転によりこのラック６３ａが直線運動をする。
直進機構６０ａと平行かつラック６３ａの歯面に対向する側にも、モータ６１ｂとボールネジ６２ｂとラック６３ｂから成る同様の直進機構６０ｂが配置されている。ラック６３ａとラック６３ｂとの間にはピニオンギア６４が、ラック６３ａとラック６３ｂの双方の歯とかみ合って配置されている。ピニオンギア６４は、ラック６３ａとラック６３ｂの歯に沿う方向に直線運動可能に構成され、かつラック６３ａとラック６３ｂの移動速度差によって回転可能に構成されている。ピニオンギア６４の下部端面にはリニアガイド６５がラック６３ａの直線運動方向と同じ方向に取り付けられている。また、ピニオンギア６４の上部端面には、搬送対象物を把持する把持機構（図示せず）が取り付けられている。
モータ６１ａとモータ６１ｂを同一回転数で駆動すると、ボールネジ６２ａとボールネジ６２ｂは同一回転数で回転し、ラック６３ａとラック６３ｂが同一速度で直線運動するため、ピニオンギア６４はラック６３ａ及びラック６３ｂと同一速度で直線運動する。したがって、ピニオンギア６４に取り付けられた把持機構を介して搬送対象物は直線移動する。
モータ６１ａとモータ６１ｂを、それぞれ回転数に差を付けてつけて駆動すると、ボールネジ６２ａとボールネジ６２ｂも回転数差を有して回転し、ラック６３ａとラック６３ｂの直線運動に速度差が生じるため、ピニオンギア６４はラック６３ａとラック６３ｂの速度差により回転する。したがって、ピニオンギア６４に取り付けられた把持機構を介して搬送対象物は回転移動する。

特開２０００−１６１４５７号公報

特許文献１のような直進・回転機構においては、常にピニオンギアと２つのラックとが噛み合った状態を保持する必要があるため、ピニオンギアの下部等を支えるガイド部材が必要となる。図４に示す直進・回転機構では、ピニオンギア６４がガイド部材としてのリニアガイド６５上に取り付けられることにより、把持機構及びピニオンギア６４を所定の位置に保持可能となる。
このように、従来の直進・回転機構には把持機構及びピニオンギア６４の位置を保持するためのガイド部材が必要となるため、直進・回転機構の構造が複雑になるという問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造を有する直進・回転機構を得ることを目的としている。

この発明に係る直進・回転機構は、
平行に配置され、可動部が固定部に対して平行方向に移動する第１及び第２の直進機構と、
第１の直進機構の可動部に固定され、可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第１の螺合部材と、
第２の直進機構の可動部に固定され、可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第２の螺合部材と、
第１の螺合部材及び第２の螺合部材が共に螺合する第３の螺合部材とを備え、
第１の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分と、第２の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分の螺合方向が反対であることを特徴とするものである。

この発明に係る直進・回転機構は、
平行に配置され、可動部が固定部に対して平行方向に移動する第１及び第２の直進機構と、
第１の直進機構の可動部に固定され、可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第１の螺合部材と、
第２の直進機構の可動部に固定され、可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第２の螺合部材と、
第１の螺合部材及び第２の螺合部材が共に螺合する第３の螺合部材とを備え、
第１の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分と、第２の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分の螺合方向が反対であることを特徴とするものなので、
製造コストの削減を図ることが可能となり、省エネルギーで簡素な構造の装置を提供できる。

この発明の直進・回転機構の実施の形態１の斜視図である。 この発明の直進・回転機構の実施の形態２の斜視図である。 この発明の直進・回転機構の実施の形態３の斜視図である。 従来の直進・回転機構の斜視図である。

実施の形態１．
本発明の直進・回転機構の実施の形態１を図１を用いて説明する。
図１は、この発明の直進・回転機構の実施の形態１の斜視図である
第１のシャフトリニアモータ１ａと第２のシャフトリニアモータ１ｂ（以下リニアモータ１ａ、１ｂという）は、双方の可動部２ａ、２ｂが平行に前進、後退運動するように配置されている。
シャフト３ａ、３ｂは図示しない支持部に固定されており、シャフト３ａ、３ｂに沿って可動部２ａ、２ｂが図１の上下方向に移動可能である。
可動部２ａには第１の螺合部材であるボールナット２１ａが、可動部２ｂには第２の螺合部材であるボールナット２１ｂがそれぞれ支持されている。そして、ボールナット２１ａとボールナット２１ｂは、シャフト３ａ、３ｂと平行な、第３螺合部材である１本のボールネジ４に螺合している。
このボールネジ４は、ボールナット２１ａ及びボールナット２１ｂに螺合しているが、どこにも固定はされていない。
また、ボールネジ４は、ボールナット２１ａが螺合する図１の上半分部分と、ボールナット２１ｂが螺合する下半分部分では螺合方向、つまりネジ山が逆に切ってある。
可動部２ａと可動部２ｂには、リニアモータ１ａ、１ｂへの制御電源を切ったときに各可動部２ａ、２ｂが自然落下することを防止するためのブレーキ２２ａ、２２ｂをそれぞれに設けている。
そして、図１に示すように、ボールネジ４の一端には、搬送対象物を把持する把持機構５を設けている。

次に、把持機構５の直進運動について述べる。
リニアモータ１ａとリニアモータ１ｂを同じ向きに同じ速さで駆動すると、リニアモータ１ａの可動部２ａとリニアモータ１ｂの可動部２ｂとが同じ方向に同じ速さで直進運動を行う。この時、それぞれに支持されたボールナット２１ａとボールナット２１ｂも同じ方向に同じ速さで直進運動を行う。
先述の通り、ボールネジ４はボールナット２１ａ，２１ｂのみによって支持されている。よってボールナット２１ａとボールナット２１ｂとの間の相対速度がゼロであれば、ボールネジ４を回転させる力は発生せず、ボールネジ４はボールナット２１ａ及びボールナット２１ｂと同じ方向に同じ速さで直進運動のみを行う。
したがって、ボールネジ４の先端に設けられた把持機構５も直進運動を行うのみで回転はしない。

次に、把持機構５の回転運動について述べる。簡単のため、ボールネジ４の正リード部４１と逆リード部４２のリード長が同じ場合について説明する。
リニアモータ１ａの可動部２ａと、リニアモータ１ｂの可動部２ｂとを反対の方向に同じ速さで駆動すると、それぞれに支持されたボールナット２１ａとボールナット２１ｂも反対の方向に同じ速さで直進運動を行う。このとき、ボールナット２１ａが走行する正リード部４１と、ボールナット２１ｂが走行する逆リード部４２とはリードの方向が互いに逆で、かつリード長さが等しいため、ボールネジ４は移動せずにその場で回転運動のみを行う。したがって、ボールネジ４の先端に設けられた把持機構５も回転運動のみを行う。

リニアモータ１ａとリニアモータ１ｂの駆動速度が、同じ方向に同じ速さではなく、かつ逆の方向に同じ速さでもない場合、ボールネジ４は直進運動と回転運動の双方を行う。
モータ１ａとリニアモータ１ｂの駆動速度を制御することにより、ボールネジ４の直進運動と回転運動の速度を制御することができる。
上述の説明では簡単のため、ボールネジ４の正リード部４１と逆リード部４２のリード長さが同じ場合について述べたが、リード長が異なる場合でも、リニアモータ１ａとリニアモータ１ｂの駆動速度を、リード長の差に応じて制御することにより、ボールネジ４の直進運動と回転運動の速度を制御することが可能である。

本実施の形態１によれば、ボールナット２１ａ及びボールナット２１ｂとボールネジ４との位置関係を保持するためのガイド部材を別途設ける必要がないので、直進・回転機構の製造コストの削減を図ることが可能となり、省エネルギーで簡素な構造の装置を提供できる。
なお、本実施の形態１では、第１及び第２の螺合部材としてボールナットを、第３の螺合部材としてボールネジを用いた場合について述べたが、第１及び第２の螺合部材としてはナットを、第３の螺合部材としてボルトを用いても同様に構成できる。
また、本実施の形態１では、第１の直進機構及び第２の直進機構としてシャフトリニアモータを用いた場合について述べたが、第１の直進機構又は第２の直進機構としては、モータとボールネジとボールナットとから成る直進機構又はリニアモータを用いても同様に構成できる。

また、本実施の形態１では、リニアモータ１ａの可動部２ａとリニアモータ１ｂの可動部２ｂの落下防止手段として、ブレーキ２２ａ、２２ｂを用いているので、不測の電源遮断時においても直進。回転機構の安全性を確保できる。
なお、このような電源ＯＦＦ時に可動部の移動を規制する機構として、ブレーキ２２ａ、２２ｂのかわりに、ばねで可動部２ａ及び可動部２ｂを吊り下げる構成としても同様に可動部の２ａ，２ｂの不測の落下事故を防止できる。
また、リニアモータ１ａのシャフト３ａとリニアモータ１ｂのシャフト３ｂのそれぞれに、可動部２ａ及び可動部２ｂの移動範囲を物理的に規制するストッパ部材を設ける構成としても、可動部２ａ、２ｂの落下を防止できる。
また、落下防止手段は、ボールナット２１ａとボールナット２１ｂとに設けても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図２は、本発明の直進・回転機構の実施の形態２を示す斜視図である。第１のシャフトリニアモータ２０１ａ（以下リニアモータ２０１ａと言う）と、第２のシャフトリニアモータ２０１ｂ（以下リニアモータ２０１ｂと言う）とは、１つのシャフト２０３を共有しており、リニアモータ２０１ａの可動部２０２ａとリニアモータ２０１ｂの可動部２０２ｂがこのシャフト２０３に設置されている。その他の構成は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

本実施の形態２によれば、リニアモータ２０１ａと、リニアモータ２０１ｂとは、１つのシャフト２０３上に双方の可動部が配置される構成としたため、直進・回転機構としての幅寸法を小さく構成できる。
なお、本実施の形態２では、リニアモータ２０１ａと、リニアモータ２０１ｂとは、１つのシャフト２０３上に可動部が配置されているが、リニアモータ２０１ａのシャフトと、リニアモータ２０１ｂのシャフトとが別体で、同軸上に配置される構成でも同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図３は、本発明の直進・回転機構の実施の形態３を示す斜視図である。第１のシャフトリニアモータ３０１ａ（以下リニアモータ３０１ａと言う）及び第２のシャフトリニアモータ３０１ｂ（以下リニアモータ３０１ｂと言う）において、それぞれ永久磁石を配置した可動シャフト３０３ａ、３０３ｂが可動部として構成され、リニアモータ３０１ａの可動シャフト３０３ａの端部に第１のボールナット３２１ａが、リニアモータ３０１ｂの可動シャフト３０３ｂの端部に第２のボールナット３２１ｂが、それぞれ支持されている。
そして、リニアモータ３０１ａのコイル部３０６ａ及びリニアモータ３０１ｂのコイル部３０６ｂは、それぞれ、リニアモータ３０１ａ、３０１ｂの駆動の際に固定部となるよう構成されている。
その他の構成は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

本実施の形態３では、第１のボールナット３２１ａを直進運動させるためのリニアモータ３０１ａと、第２のボールナット３２１ｂを直進運動させるためのリニアモータ３０１ｂとの、双方にコイル部３０６ａ、３０６ｂを固定部として配置したため、リニアモータ３０１ａ、３０１ｂを駆動、制御するための配線が固定できる。
これによりリニアモータ３０１ａ及びリニアモータ３０１ｂの配線部の信頼性を長期間保つことができる。
なお、本実施の形態３では第１、第２の一対の直進機構としてリニアモータの１種であるシャフトリニアモータの場合について述べているが、他のリニアモータを用いても、固定部としてコイル部を配置した構成であれば同様の効果が得られる。

１ａ，１ｂ，２０１ａ，２０１ｂ，３０１ａ，３０１ｂ シャフトリニアモータ、
２ａ，２ｂ，２０２ａ，２０２ｂ 可動部、３ａ，３ｂ，２０３ シャフト、
３０３ａ，３０３ｂ 可動シャフト、
２１ａ，２１ｂ，３２１ａ，３２１ｂ ボールナット、２２ａ，２２ｂ ブレーキ、
４ ボールネジ、４１ 正リード部、４２ 逆リード部、
３０６ａ，３０６ｂ コイル部。

Claims (7)

1. 平行に配置され、可動部が固定部に対して前記平行方向に移動する第１及び第２の直進機構と、
   前記第１の直進機構の可動部に固定され、前記可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第１の螺合部材と、
   前記第２の直進機構の可動部に固定され、前記可動部の可動方向と平行な回転軸を有する第２の螺合部材と、
   前記第１の螺合部材及び前記第２の螺合部材が共に螺合する第３の螺合部材とを備え、
   第１の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分と、第２の螺合部材が螺合する第３の螺合部材の螺合部分の螺合方向が反対であることを特徴とする直進・回転機構。
2. 前記第１の直進機構及び前記第２の直進機構の各可動部の移動方向及び速度差により、第３の螺合部材の直進運動及び回転運動を制御することを特徴とする請求項１に記載の直進・回転機構。
3. 前記第１の直進機構及び前記第２の直進機構は同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直進・回転機構。
4. 前記第１の直進機構及び前記第２の直進機構はリニアモータであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の直進・回転機構。
5. 前記リニアモータは固定部にコイルを、可動部に永久磁石を有することを特徴とする請求項４に記載の直進・回転機構。
6. 前記第１の直進機構及び前記第２の直進機構は、電源ＯＦＦ時に、可動部の移動を規制する機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の直進・回転機構。
7. 前記第１の螺合部材及び前記第２の螺合部材はボールナットであり、前記第３の螺合部材はボールネジであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直進・回転機構。

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